文档介绍：扫描探针显微镜SPM
简介-历史
STM---1982年，IBM的苏黎世实验室中由Binnig和Rohrer发明。（1986年诺贝尔物理奖奖）
AFM---1986年，斯坦福大学由Binnig, Quate和Gerber等人发明
S扫描探针显微镜SPM
简介-历史
STM---1982年，IBM的苏黎世实验室中由Binnig和Rohrer发明。（1986年诺贝尔物理奖奖）
AFM---1986年，斯坦福大学由Binnig, Quate和Gerber等人发明
SPM---LFM(摩擦力显微镜)，SVM(粘弹性显微镜)，MFM(磁力显微镜)，EFM(静电力显微镜)，CFM(化学力显微镜)
简介-分类
SPM(Scanning Probe Microscopy)
STM(Scanning Tunneling Microscopy)
SFM(Scanning Force Microscopy)
AFM(Atomic Force Microscopy)
LFM(Lateral Force Microscopy)
MFM(Magnetic Force Microscopy)
EFM(electric Force Microscopy)
CFM(Chemical Force Microscopy)
SPM仪器构造
STM
振动隔绝系统
机械设计-隧道针尖与样品间的隧道电流#
计算机控制系统
AFM
振动隔绝系统
机械设计-力传感器与微悬臂的检测#
计算机控制系统
振动隔绝系统
两种类型扰动
振动---重复性和周期性
冲击---瞬态变化
适用方法
提高仪器固有频率
使用震动阻尼
常用减震系统
合成橡胶冲垫-降低大幅冲击，共振频率10~100Hz
弹簧悬挂-共振频率小~
磁性涡流阻尼-体系质量和自然频率相对底时，涡流阻尼系数r=-9BLS/p
气动弹簧减震台-
振动隔绝系统
仪器噪音源
散粒噪音
负载电阻的Johnson噪音
激光相对强度噪音
激光相位噪音
悬臂的热噪音
振动隔绝系统
一般以100Hz区分高/低频振动
0-1kHz频带内的激震影响，高频段影响甚微
机械设计
三维扫描控制器
扫描针尖
三维扫描控制器
针尖与样品位置粗调
爬行方式-利用静电力，机械力或磁力的夹紧并配合压电陶瓷的膨胀和伸缩，真空中
机械调节方式-单个或多个高精度差分调节螺杆配合减速原理，可手动或步进电机，大气环境中适用
螺杆与簧片结合方式-高精度调节螺杆顶住差分弹簧或簧片系统来调节，低温条件下
悬臂与针尖（力传感器）
悬臂与针尖（力传感器）
扫描方式
STM
恒电流模式
恒高度模式
I~Vbexp(-AΦ1/2S)
I-隧道电流
Vb-针尖和样品间的偏置电压
A-常数
Φ~ ½(Φ 1+Φ2)
Φ1, Φ2分别为针尖和样品的功函数
S-针尖和样品之间的距离
STM扫描方式
扫描方式
AFM
接触式(contact mode)，1~10nm(斥力)，10-8~10-11N
非接触式(noncontact mode)，5~20nm（范德华力）
轻敲式(tapping mode)，>20nm，10-9~10-12N
悬臂检测方式
隧道电流
电容法
光束反射法
扫描方式
AFM扫描方式
AFM微悬臂的光束反射法探测
SPM探测参数及水平分辨率
SPM9500-J3主要参数
TiO2-Pt DynamicMode
TiO2-Pt DynamicMode
TiO2-Pt DynamicMode
TiO2-Pt DynamicMode
AlN
AlN
AlN
AlN
高分子膜
高分子膜
NH4Cl枝晶
NH4Cl枝晶
NH4Cl枝晶
NH4Cl枝晶
牙齿
牙齿
MFM
Surface image of HAT4 film (a)before annealing and (b)after annealing
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